Para ilmuwan telah menyelidiki ke dalam proton dan menemukan bahwa quark dan gluon, komponen fundamentalnya, mengalami reaksi keterikatan kuantum.
Partikel-partikel yang terjerat tersebut saling terhubung satu sama lain, sehingga perubahan pada salah satu partikel secara instan menyebabkan perubahan pada partikel lainnya, meskipun mereka dipisahkan oleh jarak yang jauh. Albert Einstein menolak gagasan tersebut sebagai “aksi seram dari jarak jauh”, tetapi eksperimen selanjutnya menunjukkan bahwa efek penghancuran lokasi yang aneh itu nyata.
Fisikawan punya keterikatan yang diamati antara quark sebelumnya tapi dia tidak pernah menemukan bukti bahwa mereka ada dalam keadaan terhubung kuantum di dalam proton.
Kini, tim peneliti telah menemukan keterjeratan antara quark dan gluon di dalam proton pada jarak sepersejuta meter, yang memungkinkan partikel-partikel tersebut berbagi informasi melalui proton. Para peneliti mempublikasikan temuannya pada 2 Desember 2024 di jurnal. Laporan kemajuan fisika.
“Selama beberapa dekade, kami memiliki pandangan tradisional tentang proton sebagai kumpulan quark dan gluon, dan kami fokus pada pemahaman sifat-sifat partikel tunggal, termasuk bagaimana quark dan gluon didistribusikan di dalam proton.” rekan penulis penelitian ini Zhoudunming Tufisikawan di Laboratorium Nasional Brookhaven di Upton, New York, mengatakan dalam sebuah pernyataan. “Sekarang, dengan bukti bahwa quark dan gluon saling terkait, gambaran ini telah berubah. Kita memiliki sistem dinamika yang jauh lebih rumit.”
‘Aksi menyeramkan’ dalam skala terkecil
Bukti eksperimental keterjeratan kuantum pertama kali muncul pada tahun 1970annamun banyak aspek dari fenomena ini yang masih relatif belum dijelajahi, termasuk interaksi yang terjerat antar quark. Hal ini terutama karena partikel subatom tidak ada dengan sendirinya tetapi menyatu menjadi berbagai kombinasi partikel yang dikenal sebagai hadron. Misalnya, baryon, seperti halnya proton dan neutron, adalah kombinasi tiga quark yang terikat erat kekuatan yang kuat-pemegang gluon.
Ketika quark individu diekstraksi dari hadron, energi yang digunakan untuk mengekstraknya membuatnya tidak stabil, mengubahnya menjadi pancaran partikel bercabang dalam proses yang disebut hadronisasi. Hal ini membuat tugas menyaring triliunan produk peluruhan partikel untuk merekonstruksi keadaan aslinya menjadi sangat sulit.
Tapi itulah yang dilakukan para peneliti. Untuk menyelidiki cara kerja proton, para ilmuwan menambang data yang dikumpulkan oleh Penumbuk Hadron Besar (LHC) dan eksperimen penumbuk partikel di Hadron Electron Ring Accelerator (HERA).
Mereka kemudian menerapkan prinsip dari ilmu informasi kuantum yang mengatakan bahwa entropi suatu sistem (ukuran berapa banyak keadaan energi yang dapat diatur dalam suatu sistem, sering salah disebut sebagai “gangguan”) meningkat seiring dengan keterjeratannya, membuat distribusi partikel aerosol tampak lebih tidak teratur.
Dengan membandingkan semprotan partikel dengan penghitungan entropinya, fisikawan menemukan bahwa quark dan gluon di dalam proton yang bertabrakan berada dalam keadaan terjerat secara maksimal, masing-masing berbagi informasi sebanyak mungkin.
“Entropi biasanya dikaitkan dengan ketidakpastian mengenai informasi tertentu, sedangkan keterjeratan mengarah pada ‘berbagi’ informasi antara dua bagian yang terjerat. Oleh karena itu, keduanya mungkin terkait satu sama lain dalam mekanika kuantumTu mengatakan kepada LiveScience melalui email. “Kami menggunakan prediksi entropi (dengan asumsi keterjeratan) untuk memverifikasi apa yang dikatakan data, dan menemukan kesepakatan yang bagus.”
Para ilmuwan mengatakan penemuan mereka dapat membantu mempelajari lebih lanjut tentang partikel fundamental, seperti bagaimana quark dan gluon tetap terkurung dalam proton. Penelitian ini juga menimbulkan lebih banyak pertanyaan tentang bagaimana keterjeratan berubah ketika proton terkunci di dalam inti atom.
“Karena inti atom terbuat dari proton dan neutron, wajar jika kita bertanya-tanya apa dampak keterikatan terhadap struktur inti atom,” kata Tu. “Kami berencana menggunakan penumbuk ion elektron (EIC) untuk mempelajari hal ini. Ini akan terjadi dalam waktu 10 tahun. Sebelumnya, beberapa jenis tumbukan, yang disebut tumbukan ultraperiferal dalam tumbukan ion berat, mungkin juga berhasil.”